浅谈大管径的浅覆土顶管施工

（郑州市污水净化有限公司 郑州 450000）

浅谈大管径的浅覆土顶管施工

李 响

（郑州市污水净化有限公司 郑州 450000）

文章以郑州市新区污水处理厂工程厂外污水干管工程为例，阐述了大管径浅覆土的顶管施工问题，希望为类似工程项目的施工作业开展提供有价值的参考依据。

大管径；浅覆土；顶管施工；研究

一、工程施工概况

郑州市新区污水处理厂工程厂外污水干管工程管线以王新庄污水处理厂为起点，沿七里河、郑汴物流通道、杨桥干渠、商都路、万三路、万洪路、解放路至郑州新区污水处理厂，管线全长32公里，管径DN3000～DN3500，采用机械顶管施工工艺，设计输水规模100万吨/天，包含中途提升泵站一座。其中WB1井～WB5井段，（共设WB3-WB2、WB2-WB1、WB3-WB5三个顶段），总长1117米，管道覆土为2.25米～4.1米，小于管道直径的1.5倍，属于浅层覆土顶进。WB3、WB2是工作井，顶进路线的上方与周边绝大部分区域为农田，局部位置存在建筑物及高压塔架。

二、大管径浅覆土顶管施工

（一）施工准备阶段

第一，进行顶进施工之前，需要全面调查所要穿过的地面与周边的具体情况，对相关资料信息进行有效地收集，并重点标注容易出现影响的区域，对应急处理措施予以合理地编制。

第二，应实地勘察并掌握地层与地下水的具体情况，了解地层的变化规律与地下水的季节性变化规律，方便后期顶进施工作业的开展。

第三，定期维修并保养机头与注浆等相关机械设备[1]。为了保证浅层覆土顶进施工的顺利开展，就要事先调试机头并改进注浆系统，在开展试验并获得数据信息后，为施工作业的开展提供有效地指导。

第四，验收进场的顶进设备，并及时安装和调试设备。

第五，对重点地区的地面设置监测布点，进而积极开展监控工作，对初始数据资料进行收集，积极开展数据入档工作。

第六，与顶进施工工作人员展开施工技术与安全交底的工作，一定要重点讲解关键位置的注浆与应急处理的方法。

（二）大管径浅覆土顶管施工措施

1.顶进注浆施工

第一，改进注浆材料。在该顶进项目中，属于浅层覆土砂砾地层的内部顶进，其涂层的渗透性较为理想，但是因地面环境相对复杂，所以，膨润土浆液在克服土层摩擦力的同时，也必须要增强泥浆套的稳定程度。只有泥浆在土层内形成致密泥浆套，才能够避免泥浆不会因砂性土浅层覆土而发生流失现象，引发土层沉降与冒浆事故[2]。由此可见，在此顶程段配置膨润土泥浆需在原膨润土基础上不断强化泥浆的致密性。本段顶进所采用的是具有专利等级的纳基膨润土材料、高等级CMS纤维素与阴离子聚丙烯酰胺。通过对以上材料的使用，浆液的稠度与粘性会随之提高，而液体表层粘膜的强度也会随之增强，分子结构更加稳定。这样一来，液体泥浆套在土层内也会更为稳定，尽可能规避浆液流失与土层沉降问题的发生。

第二，泥浆配比与质量指标。表一是浆液的配比比例：

表一 浆液配比表

表一中的配合比是以该工程WB6#~WB12#共5段顶进数据为基础得到的，而地层的情况具有一定的相似性，所以，充分衡量顶进浅层覆土的特殊性，在施工作业前针对既有膨润土质量展开了现场试验，对部分指标进行有效地监测，并根据试验结果与实际顶进效果对配合比进行调整。原配合比浆液参数要求如表二所示：

表二 原配合比浆液的参数要求

对于浅层覆土拌制的触变泥浆也同样需要满足表三内容的要求：

表三 浅层覆土拌制出边泥浆要求

第三，注浆质量的控制。在注浆过程中，必须要确保润滑泥浆稳定性，并且在施工作业的时候不允许出现失水、沉淀以及固结的问题。同时，必须要合理地运用压浆工艺，始终遵循压浆操作的要求进行。除此之外，一定要保证土中管节处于动态平衡的状态。对于浅层砂土而言，如果顶进的中断时间相对较长，那么管节与附近土地就会出现固结的情况[3]。一旦采取重新启动的措施，就会随之形成“楔紧”现象，实际的顶力要高于正常情况1.4倍，所以，应尽量减少中断顶进时间，确保施工的连续性。

2.顶管顶进施工

第一，顶管推进及地层变形的控制。根据地质报告及现场实地勘察，结合项目实际，本次机械顶管施工采用的土压平衡法，主要是通过对压力仓内部土压力的利用，实现开挖面土体的有效平衡，最终实现顶管机前方开挖面的支护目标。在设备进行顶管施工的时候，平衡压力设定十分重要，而且压力值的维持与调整也是顶管推进施工作业的重点。除此之外，在实际推进的过程中，顶管必须要始终平稳，对每次的纠偏量进行适当地控制，尽量降低对于土地的干扰[4]。在此基础上，还应当对推力、推进速度、出土量以及地层变形的监测数据给予高度重视，对注浆量进行适当地调整，以免地面有冒浆现象的发生。这样一来，才能够保证轴线和地层变形被控制在允许范围之内。

第二，顶力和顶速的控制。因该段顶程是浅层覆土砂性土层，所以在顶进的过程中速度要均匀且稳定。如果顶进正常，那么顶进的顶力输出应平稳，且保证顶进速度和顶力的有效匹配。综合衡量浅层覆土土层的特性，因顶进机头与土层接触面应力分布不均匀，而且机头存在上扬的风险，所以，顶进顶力与顶速必须要控制在特定范围中，以免顶力与顶速过大而导致应力难以有效分布，致使应力相对集中，使顶进发生偏差。

第三，对轴线的控制。在控制浅层覆土顶进轴线方面，主要涉及的内容就是高程与水平控制。但是，因为浅层覆土上部与下部应力的分布并不均匀，所以顶进过程当中的机头会出现上扬的现象[5]。而要想保证机头始终沿设计轴线推进，就必须将顶进过程中的前80m当作顶进试验段，对顶进轴线的偏差情况进行仔细地观察，综合衡量实际顶进轴线偏差趋势和速率，制定出合理的控制方案。而在管道进入到土层以后，则需要在纠偏油缸的作用下增加机头上部的推力，进而对上部土层的应力损失予以有效地弥补，以保证轴线设计满足具体的要求。在使用纠偏油缸的过程中，应当对纠偏量相应的控制，以免影响后期的管道施工。

第四，注重施工管理工作以保证地面安全。因顶进机头上扬趋势相对明显，如果在施工中采取相应的措施，很容易对地层造成扰动，进而引发地面冒浆的问题。在这种情况下，开展顶进施工的过程中，顶管操作工作人员应对操作予以严格规范，以保证对土层的扰动被控制在允许范围之内。在此基础上，还应当大力监测地面状况，一旦出现异常，必须要及时采取措施处理。

3.顶进后施工措施

第一，二次注浆施工。当完成管道顶进施工作业以后，要想保证地面状况的稳定性，应当利用惰性浆液替换顶进过程中的触变泥浆。而置换的泥浆则采用纯水泥浆置换。与此同时，利用压注触变泥浆系统及管路完成置换目标。压注的具体顺序就是从第一节管依次向后进行[6]。在对前一节管水泥浆进行压注的过程中，应开启后续管节的压浆孔，以保证原有管路中的触变泥浆在水泥浆的压力下可以通过后续管节的压浆孔溢出。当后续注浆孔内冒出水泥浆并达到一定压注压力的情况下，才能够停止前段管水泥浆的压注，这样才能够保证全部替换触变泥浆。在此工程项目施工作业的过程中，注浆所使用的是42.5级普通硅酸盐水泥，而浆液水灰比是0.8。为了规避浅层覆土浆液的置换不发生冒浆，就必须要对注浆压力与数量进行严格地控制，以免影响农田。除此之外，还应当对地面情况进行观察，一旦发生异常需要及时停止注浆操作[7]。

第二，地面的修复。在浅层覆土顶进施工中，因覆土较浅且管道口径较大，土层属于孔隙率较大的松散性砂土，所以在顶进过程中很容易存在隆起或者是冒浆等问题。因顶进土层上方是农田，在完成施工以后，必须要对实际情况予以综合衡量，及时修复受损区域的农田。

结束语：

综上所述，以上通过对大管径浅覆土顶管施工项目的研究与分析，阐述了具体的施工措施与相关注意事项，以期有所帮助。

[1]石鑫.高水位浅覆土泥水平衡顶管施工技术探讨[J].筑路机械与施工机械化,2012,29(3):51-53.

[2]周向阳,林清辉.浅覆土大断面顶管施工对运营盾构隧道变形影响及控制措施[J].工程勘察,2016,44(12):7-12.

[3]邹思源.粉细砂地层中穿越铁路顶管施工技术应用[C].广东省土木建筑学会地基基础专业委员会、广东省岩土力学与工程学会基础工程专业委员会、广东省岩土力学与工程学会隧道与非开挖专业委员会2012年学术交流大会论文集.2012:312-314.

[4]钟显奇,周志强,黎东辉等.顶管施工技术在西江引水工程中的应用[C].广东省土木建筑学会地基基础专业委员会、广东省岩土力学与工程学会基础工程专业委员会、广东省岩土力学与工程学会隧道与非开挖专业委员会2012年学术交流大会论文集.2012:271-276.

[5]辛利红.重载交通下超浅层顶管施工工艺[J].黑龙江科技信息,2014(11):164-164,102.

[6]董君.大截面矩形钢壳顶管施工技术在地铁施工中的应用[J].民营科技,2013(1):340-344.

[7]刘翔.软土中4m直径混凝土顶管施工管土受力特性测试与分析[D].上海交通大学,2014.

TU75

B

1007-6344（2017）06-0227-02